수소, 수소경제가 왜 화두인가? 수소는 친환경일까? 수소 핵심 정리

수소(Hydrogen)는 원자번호 1번, 우주에서 가장 가벼운 원소. 상온·상압에서는 무색·무취의 기체(H₂)로 존재하고, 물(H₂O)·유기물 등 거의 모든 물질에 널리 들어 있다.

정체: 원자번호 1, 가장 가벼운 원소(기체는 공기보다 약 14배 가벼움)
상태: 보통 H₂(이원자 분자), 끓는점 –252.9 °C(액화가 매우 어려움)
우주: 별의 주성분(태양은 수소 핵융합으로 에너지 방출)
지구: 대부분 물·탄화수소에 결합된 형태로 존재 → “자유 수소”는 드묾

동위원소(같은 수소, 다른 무게)

프로튬(¹H): 거의 전부(≈ 99.98%)
중수소(²H, D): 소량, 중수(Heavy water)에 들어가 핵·연구에 쓰임
삼중수소(³H, T): 방사성, 추적자·핵융합 연구 등 특수 용도

어디에 쓰이나요?

화학·산업:
- 암모니아(NH₃) 합성(비료의 기초), 정유 공정(황 제거), 메탄올 생산, 식용유 수소화 등
에너지 캐리어:
- 수소연료전지(전기차·발전)에서 전기로 바꾸거나, 가스터빈/보일러 혼소
우주·고성능:
- 액체수소는 로켓 연료로 사용(산소와 결합해 높은 추력)

포인트: 수소는 1차 에너지원이 아니라 에너지를 저장·운반하는 매개체(energy carrier)예요. 즉 “만드는 방식”이 친환경이면 전체도 친환경에 가까워지고, 아니면 그렇지 않습니다.

어떻게 만드나요?

개질(SMR/ATR): 천연가스 등에서 뽑음 → 싸지만 CO₂ 많이 배출(그레이).
개질 + 포집(CCUS): 배출 CO₂를 잡아 저장(블루).
수전해(전기로 물 분해): 재생에너지 기반이면 그린.
그 밖에 메탄 열분해(터쿼이즈), 핵전력 기반 수전해(핑크/퍼플) 등.

저장·운송 방식(프로젝트 실무에서 중요)

고압 기체(200–700bar): 가까운 거리 소규모
액화 수소(–253 °C): 대량·중장거리(냉각 에너지 비용 큼)
암모니아/LOHC(수소 운반체): 액체 물류 장점, 크래킹·열 비용 고려

안전·취급 포인트

매우 가연성(공기 중 4–75% 농도에서 가연), 불꽃이 보이지 않을 수 있음
공기보다 매우 가벼워 빠르게 위로 확산(실외 누출 시 위험 완화에 도움)
금속 취화(Embrittlement), 정전기·환기·감지센서 설계가 중요

왜 요즘 ‘수소경제’가 화제?

산업(철강·정유·화학)·모빌리티·발전 탈탄소화에서 전기로 대체가 어려운 영역의 해법 후보이기 때문이에요. 다만 온실가스 저감 효과는 ‘어떻게 만들었는지’(전력 믹스·포집률·누출 관리)에 달려 있습니다.

베스트 케이스(친환경 쪽)
- 그린 수소: 재생에너지로 전기를 만들어 수전해로 생산 + 24/7 시간대 매칭(실제로 쓰는 시간에도 재생 전기) + 송·저장 손실 최소화.
- 핑크/퍼플 수소: 원전 전력·열 이용 수전해(전력의 탄소집약도가 낮을 때).
- 고포집 블루 수소: 천연가스 개질+CO₂ 포집률 ≥90–95%, 메탄 누출 최소화(<0.2~0.5%), 포집 CO₂의 영구 격리.
- 적합한 용도: 철강 DRI(수소 환원), 정유·화학 원료, 장주기 전력저장(P2H→H2P), 장거리·고하중 운송(일부 트럭·선박), 암모니아 합성 등 전기화가 어려운 부문.
워스트 케이스(친환경성 떨어짐)
- 그레이 수소: 화석개질(포집 없음) → CO₂ 다배출.
- 블루라 주장하지만 포집률 낮거나(≤70~80%), 상류 메탄 누출이 큰 경우, CO₂를 EOR로 써 다시 배출되는 경우.
- 그린이라도 실제로는 화석 전기가 백업하는 시간대에 가동(시간대 매칭 없음) + 액화/암모니아 전환 등에서 에너지 페널티가 크면 LCA가 악화.
- 적합하지 않은 용도: 이미 배터리 전기(BEV)가 더 효율적·저탄소인 승용차/가정난방 등.

왜 “수소=무공해”가 아닐 수 있나

배출의 위치 차이: 연료전지는 배기가스가 물에 가깝지만, 그 수소를 만들 때의 전력·연료 배출이 별도로 존재.
연소 시 NOx: 수소를 가스터빈·보일러에서 태우면 NOx가 발생, 후처리 설계가 필요.
공급망 이슈: 메탄 누출(상류), 전력 배출계수(계통·시간대), 운송·저장(압축·액화·암모니아/LOHC)에서 추가 에너지 소모.
자원/물 사용: 수전해는 물·전력을 많이 쓰고, PEM은 이리듐 등 희소금속 의존도가 과제.

“친환경 수소” 체크리스트

생산 전력의 탄소집약도: 시간대 기준(24/7) gCO₂e/kWh가 충분히 낮은가? PPA·추가성 확보?
효율: 수전해 AC→H₂ kWh/kg, 압축/액화/캐리어 변환 손실을 포함해 공급지 게이트까지 몇 kWh/㎏인가?
블루면: 포집률(≥90–95%), 메탄 누출률(측정·검증), CO₂ 영구저장 여부 명확?
운송 방식: 거리·물량에 맞는 압축/액화/암모니아/LOHC 최적화가 되었나(에너지·누출·안전)?
용도 적합성: 같은 서비스를 직접 전기화로 더 저탄소·저비용 달성 가능한가? (가능하면 전기화 우선.)
인증·추적성: 보증서(GoH)·데이터로 그린워싱 방지가 가능한가?

수소는 조건을 갖추면 탈탄소 전환의 유력 카드지만, 조건이 나쁘면 화석 대체 효과가 약하거나 오히려 후퇴할 수 있다. 따라서 “수소=친환경?”보다 “이 프로젝트의 수소가 kgCO₂e/kg-H₂로 얼마인가?”가 올바른 질문이다. 즉, 조건부로 친환경이다. 수소는 스스로 에너지를 만드는 원천이 아니라 에너지를 저장·운반하는 매개체라서, 어떻게 만들었고(생산), 어디에 쓰느냐(용도), 전 과정에서 무엇이 배출되느냐(LCA)에 따라 친환경성이 달라진다.

지속가능한 인간의 삶과 지구환경